工程材料-ppt课件.ppt

1、1ppt课件 绪 论 材料的重要性材料的重要性科学研究和技术发展的目的 改变人类生活材料对我们的生活产生着重大影响 过去的、现在的、未来的影响材料也是制造工程师们实现产品制造的原料 产品功能的载体、制造加工的对象2pptpptppt课件课件课件推荐课外读物宗培言、丛东华主编，宗培言、丛东华主编，机械工程概论机械工程概论，机械工业出版，机械工业出版社，社，2004年年2月第月第1版，版，16开开268页，页，TH-43/Z93这是一本介绍机械设计制造及其自动化专业的书。它解答了同学们最为关心的一些问题，包括：本专业涵盖哪些知识范围，大学阶段要学些什么，以及将来能做哪些方面的工作等，对刚刚进入专业

2、学习的同学了解本专业，给自己未来的学习和事业定位都具有很好的指导意义。建议每个同学都认真读一读。另外，同名的书籍还有另外一些，内容大同小异。郝应其编著，郝应其编著，缤纷多彩的材料世界缤纷多彩的材料世界， 北京工业大学出北京工业大学出版社，版社，1993年年5月第月第1版，版，32开开119页，页，TB3/H24a 这是一本介绍各种材料及它们的应用的小册子。内容精彩生动，对大家了解各种材料，增强对材料课程学习的兴趣，十分有益。内容简单，大家基本上都能读懂，而且不用花太多的时间，建议每个同学都找来读读。此外，图书馆类似的小册子还有很多，不妨根据自己的兴趣选看12本。3pptpptppt课件课件课件

3、为什么要学习工程材料课程为什么要学习工程材料课程工程上使用哪些材料工程上使用哪些材料工程材料工程材料常用常用材料材料金属材料金属材料新新材料材料非金属材料非金属材料钢铁材料钢铁材料(黑色金属黑色金属)非铁材料非铁材料(有色金属有色金属)高分子材料高分子材料陶瓷材料陶瓷材料复合材料复合材料4pptpptppt课件课件课件工程材料研究哪些问题工程材料研究哪些问题材料的结构、性能（第一、二、三章）材料的结构、性能（第一、二、三章）金属材料的结晶过程及组织成分分析金属材料的结晶过程及组织成分分析（第二章）（第二章）金属材料的塑性变形机理（第三章）金属材料的塑性变形机理（第三章）改变材料性能的方法（第四

4、章）改变材料性能的方法（第四章）各种材料的牌号、用途、如何选择材料各种材料的牌号、用途、如何选择材料（第五、六、七章）（第五、六、七章）材料失效分析（第七章）材料失效分析（第七章）5pptpptppt课件课件课件如何学好工程材料课程如何学好工程材料课程本课程的重点与难点本课程的重点与难点本课程的学习方法与教学要求本课程的学习方法与教学要求6pptpptppt课件课件课件本课程的推荐参考书目张继世主编，张继世主编，机械工程材料基础机械工程材料基础， 高等教育出版社高等教育出版社 ，2002年年4月第月第1版，小版，小16开开243页，页，TH14-43/Z32储凯主编，储凯主编，机械工程材料机械

5、工程材料，重庆大学出版社，重庆大学出版社，1998年年6月第月第1版，版，16开开214页，页，TH14/C73詹武主编，詹武主编，工程材料工程材料，机械工业出版社，机械工业出版社，1997年年10月月第第1版，版，16开开354页，页，TB3-43/Z26以上3本书内容与我们使用的教材相仿，难度按上面由上到下的排列顺序由浅入深。对某些我们教材上说的不太清楚明白的内容，可查阅这些参考书。潘强、朱美华、童建华编著，潘强、朱美华、童建华编著，工程材料工程材料，上海科学技，上海科学技术出版社，术出版社，2005年年9月第月第2版，版，16开开311页，页，TB3-43/P18(2) 王晓敏编著，王晓

6、敏编著，工程材料学工程材料学，哈尔滨工业大学出版社，哈尔滨工业大学出版社 ，2002年年8月第月第2版，版，16开开292页，页，TB3/W37b(2)以上2本书比我们使用的教材稍深，但都是非常好的教材。对程度较高希望学习更深入一些内容的同学，可以参看，不懂的地方可以与老师讨论。7pptpptppt课件课件课件第一章：材料的性能什么是材料的性能什么是材料的性能 材料在材料在使用使用和和加工加工过程中所表现出来的过程中所表现出来的各种性能各种性能8pptpptppt课件课件课件材料包括哪些性能材料包括哪些性能 材料的材料的力学性能力学性能和和工艺性能工艺性能是我们关注是我们关注的重点的重点材料的

7、性能材料的性能使用使用性能性能力学性能力学性能工艺工艺性能性能铸造、焊接、压力加工性能铸造、焊接、压力加工性能化学性能化学性能物理性能物理性能切削加工性能切削加工性能热处理性能热处理性能9pptpptppt课件课件课件材料的力学性能材料的力学性能力学性能又称为力学性能又称为机械性能机械性能1. 材料的强度与塑性材料的强度与塑性强度强度强度的概念：材料在外力作用下抵强度的概念：材料在外力作用下抵 抗变形和断裂的能力抗变形和断裂的能力强度可分为：抗拉强度、抗压强度强度可分为：抗拉强度、抗压强度 、抗弯强度、抗剪强、抗弯强度、抗剪强 度疲劳强度等等度疲劳强度等等10pptpptppt课件课件课件塑性

8、塑性塑性的概念：材料在外力作用下呈塑性的概念：材料在外力作用下呈 现出的不可恢复到原现出的不可恢复到原 状的变形而不发生破状的变形而不发生破 坏的能力坏的能力衡量塑性的指标：伸长率与断面收衡量塑性的指标：伸长率与断面收 缩率缩率11pptpptppt课件课件课件拉伸试验与拉伸曲线拉伸试验与拉伸曲线拉伸试验（拉伸试验机）拉伸试验（拉伸试验机）拉伸试验机拉伸试验机12pptpptppt课件课件课件拉伸曲线拉伸曲线应力与应变的概念应力与应变的概念应力应力：单位面积：单位面积 上所受的力，上所受的力， 单位：单位：Pa 应变应变：单位长度：单位长度 的变形量，的变形量， 无单位无单位由应力由应力-应变

9、曲线可获得材料以下各种性能指标应变曲线可获得材料以下各种性能指标F FLL0F-L 曲线曲线SF001LLL 0ACDEe es sb b- 曲线曲线13pptpptppt课件课件课件 弹性极限与弹性模量弹性极限与弹性模量弹性极限弹性极限e在材料的弹性极在材料的弹性极限范围内（即当限范围内（即当材料所受应力小材料所受应力小于于e时），应力时），应力与应变成正比与应变成正比弹性极限在拉伸曲线中的位置弹性极限在拉伸曲线中的位置曲线上的曲线上的A点点0ACDEe es sb b- 曲线曲线14pptpptppt课件课件课件弹性模量弹性模量E定义式：定义式：条件：条件： e弹性模量在拉伸曲线上的反映弹

10、性模量在拉伸曲线上的反映A点以下直线的斜率点以下直线的斜率弹性模量的决定因素弹性模量的决定因素材料的本性材料的本性刚度刚度材料在弹性变形区内抵抗弹性变形的材料在弹性变形区内抵抗弹性变形的能力，用弹性模量能力，用弹性模量E表示表示E0ACDEe es sb b- 曲线曲线15pptpptppt课件课件课件改变金属制品刚度的措施改变金属制品刚度的措施更换金属材料更换金属材料改变金属制品的结构形式改变金属制品的结构形式增加截面积增加截面积弹性极限在材料使用中的意义弹性极限在材料使用中的意义机械零件所受的应力不能大于弹性极机械零件所受的应力不能大于弹性极限值，否则可能会发生塑性变形限值，否则可能会发生

11、塑性变形16pptpptppt课件课件课件屈服强度（屈服点）屈服强度（屈服点）屈服现象屈服现象载荷不增加而塑载荷不增加而塑性变形仍在增大性变形仍在增大的现象的现象屈服点在拉伸曲线中的位置屈服点在拉伸曲线中的位置曲线上的曲线上的B点点0ACDEe es sb b- 曲线曲线17pptpptppt课件课件课件屈服强度屈服强度(屈服点屈服点)sB点对应的应力点对应的应力值，用值，用s表示表示无明显屈服现象无明显屈服现象材料的屈服点位材料的屈服点位置的确定：塑性置的确定：塑性变形达变形达0.2%处对处对应的应力值，用应的应力值，用0.2表示表示0ACDEe es sb b- 曲线曲线18pptpptp

12、pt课件课件课件屈服强度在材料使用中的应用屈服强度在材料使用中的应用屈服强度是评价材料承载能力的重要屈服强度是评价材料承载能力的重要指标指标材料所受的应力不应超过屈服点（否材料所受的应力不应超过屈服点（否则材料将产生塑性变形）则材料将产生塑性变形）屈服阶段的结束屈服阶段的结束曲线中的曲线中的C点点C点以后，材点以后，材料需要继续增料需要继续增大应力才能产大应力才能产生新的塑性变形生新的塑性变形0ACDEe es sb b- 曲线曲线19pptpptppt课件课件课件 抗拉强度（强度极限）抗拉强度（强度极限）缩颈现象缩颈现象材料拉断前断裂材料拉断前断裂部位附近直径变部位附近直径变小小抗拉强度抗拉

13、强度b试样所能承受的最大拉应力试样所能承受的最大拉应力抗拉强度在拉伸曲线上的位置抗拉强度在拉伸曲线上的位置曲线上的曲线上的D点点0ACDEe es sb b- 曲线曲线20pptpptppt课件课件课件抗拉强度在材料使用中的意义抗拉强度在材料使用中的意义抗拉强度是评价材料安全性的重要指抗拉强度是评价材料安全性的重要指标标材料所受的应力绝不可超过抗拉强度材料所受的应力绝不可超过抗拉强度（否则材料有断裂的危险）（否则材料有断裂的危险）比强度比强度概念：强度与密度之比概念：强度与密度之比意义：衡量不同材料抗拉能力。如玻意义：衡量不同材料抗拉能力。如玻璃钢的比强度可能高于钢材璃钢的比强度可能高于钢材2

14、1pptpptppt课件课件课件 伸长率伸长率(延伸率延伸率)、断面收缩率、断面收缩率评价材料塑性的指标评价材料塑性的指标伸长率伸长率(延伸率延伸率) 其中：其中：L0为试样的原始长度为试样的原始长度L1为试样拉断后的总长度为试样拉断后的总长度 为为E点的横坐标点的横坐标 是是评价材料塑性最常用的指标评价材料塑性最常用的指标%100LLL0010ACDEe es sb b- 曲线曲线22pptpptppt课件课件课件断面收缩率断面收缩率 其中：其中：S0是试样原始截面积是试样原始截面积 S1是试样拉断后断口的是试样拉断后断口的 截面积截面积%100SSS01023pptpptppt课件课件课件

15、塑性在材料使用中的意义塑性在材料使用中的意义良好的塑性是材料进行压力加工的必良好的塑性是材料进行压力加工的必要条件要条件伸长率和断面收缩率数值越大，材料伸长率和断面收缩率数值越大，材料的塑性越好的塑性越好24pptpptppt课件课件课件材料材料“塑性好塑性好”与与“容易变形容易变形”的区别的区别“塑性好塑性好”是指材料伸长率和断面收是指材料伸长率和断面收缩率数值大，其压力加工性能好缩率数值大，其压力加工性能好“容易变形容易变形”是指令材料产生初始塑是指令材料产生初始塑性变形所需要的应力，即屈服强度的性变形所需要的应力，即屈服强度的大小大小“容易变形容易变形”的材料不一定的材料不一定“塑性塑性

16、好好”，反之亦然，反之亦然25pptpptppt课件课件课件上堂重点1. 材料性能：树状图材料性能：树状图2. 基本概念：强度、塑性、应力、应变、应基本概念：强度、塑性、应力、应变、应力力-应变曲线、由应力应变曲线、由应力-应变曲线能获得哪些应变曲线能获得哪些力学性能指标；力学性能指标；3. 基本力学性能指标：基本力学性能指标： 弹性极限、弹性模量、刚度、屈服强弹性极限、弹性模量、刚度、屈服强度（屈服点）、抗拉强度、比强度、延伸度（屈服点）、抗拉强度、比强度、延伸率、断面收缩率；率、断面收缩率； 它们的含义、符号、测量方法、计算公它们的含义、符号、测量方法、计算公式、单位、在材料使用上的应用，

17、等等；式、单位、在材料使用上的应用，等等；4. “容易变形容易变形”与与“塑性好塑性好”的区别。的区别。26ppt课件复习与思考1. “塑性好塑性好”指的是什么，在应力应变曲线指的是什么，在应力应变曲线上如何衡量两种材料谁的塑性好？上如何衡量两种材料谁的塑性好？ 2. 若拉伸应力若拉伸应力由由e逐渐加大到逐渐加大到s，此时材料，此时材料发生什么变化？发生什么变化？3. 应力应变曲线中，当拉伸应力应力应变曲线中，当拉伸应力达到达到b后，后，出现曲线走向向下（即应力出现曲线走向向下（即应力减小而变形仍减小而变形仍继续增加）的现象继续增加）的现象，请解释原因？请解释原因？27ppt课件2. 材料的硬

18、度材料的硬度硬度的概念硬度的概念材料抵抗其它硬物压入其表面的能力材料抵抗其它硬物压入其表面的能力硬度可分为硬度可分为洛式硬度、布式硬度、维式硬度等洛式硬度、布式硬度、维式硬度等最常用的硬度指标是：洛氏硬度和布最常用的硬度指标是：洛氏硬度和布氏硬度氏硬度28pptpptppt课件课件课件硬度试验（硬度计）硬度试验（硬度计）洛氏硬度计洛氏硬度计布氏硬度计布氏硬度计29pptpptppt课件课件课件硬度的应用硬度的应用硬度是衡量材料软硬程度的指标，是硬度是衡量材料软硬程度的指标，是材料抵抗局部塑性变形的能力；材料抵抗局部塑性变形的能力；硬度与材料的强度及塑性等重要性能硬度与材料的强度及塑性等重要性能

19、指标之间存在着内在联系，有一定的指标之间存在着内在联系，有一定的的对应关系；的对应关系；硬度便于测试，因此在实际生产中，硬度便于测试，因此在实际生产中，常通过测量硬度值来检验一般零件的常通过测量硬度值来检验一般零件的机械性能；机械性能；硬度是材料最常用的指标之一。硬度是材料最常用的指标之一。30pptpptppt课件课件课件洛式硬度洛式硬度代号：代号：HR不同的压头称为不同的标尺不同的压头称为不同的标尺常用的标尺有常用的标尺有A、B、C，分别用代号，分别用代号HRA、HRB、HRC表示表示 压头压头1200金刚石圆锥体：适用于金刚石圆锥体：适用于A、C标尺标尺 1.588mm淬火钢球淬火钢球：

20、适用于：适用于B标尺标尺31pptpptppt课件课件课件测量对象测量对象压痕深度压痕深度(可直接可直接从硬度计上读出从硬度计上读出)公式公式 h0：初载荷下的压痕深度，单位：初载荷下的压痕深度，单位mmh1：主载荷下的压痕深度，单位：主载荷下的压痕深度，单位mmh1-h0：主载荷使压头压入材料形成的压痕深度：主载荷使压头压入材料形成的压痕深度0020hh130HRB0.002hh100HRCHRA0101.、32pptpptppt课件课件课件优缺点优缺点优点：测量简便迅速，压痕小优点：测量简便迅速，压痕小缺点：数据不够准确，重复性较差缺点：数据不够准确，重复性较差 （尤其对成分不均匀的材料）

21、（尤其对成分不均匀的材料） 33pptpptppt课件课件课件应用应用洛式硬度方便快捷，是目前工厂中应洛式硬度方便快捷，是目前工厂中应用最广泛的硬度试验方法用最广泛的硬度试验方法各种标尺的硬度试验规范及适用的材料各种标尺的硬度试验规范及适用的材料34pptpptppt课件课件课件布式硬度布式硬度代号：代号：HB 使用不同材质的压头分别用使用不同材质的压头分别用HBS、HBW表示表示压头压头淬火钢球：适用于硬度值小于淬火钢球：适用于硬度值小于450的材的材 料，用代号料，用代号HBS表示表示 硬质合金球：适用于硬度值大于硬质合金球：适用于硬度值大于450小小 于于650的材料，用代号的材料，用代

22、号 HBW表示表示35pptpptppt课件课件课件测量对象：压痕球冠的表面积测量对象：压痕球冠的表面积公式公式)(22dD-D(Dg2FAFHB36pptpptppt课件课件课件优缺点优缺点优点：测量结果准确，测量精度高优点：测量结果准确，测量精度高缺点：压痕面积大（对零件有损伤）缺点：压痕面积大（对零件有损伤）应用应用布式硬度通常用于铸铁、有色金属及布式硬度通常用于铸铁、有色金属及其合金、结构钢、非金属材料等的测其合金、结构钢、非金属材料等的测量量实际测量时可根据压痕直径直接查表实际测量时可根据压痕直径直接查表得到硬度值，不需要用公式计算得到硬度值，不需要用公式计算37pptpptppt课

23、件课件课件3. 材料的冲击韧度材料的冲击韧度韧性与脆性韧性与脆性韧性：材料在塑性变形和断裂韧性：材料在塑性变形和断裂 全过程中吸收能量的能全过程中吸收能量的能 力，吸收的能量越多，力，吸收的能量越多， 韧性越好韧性越好脆性：与韧性相反的概念脆性：与韧性相反的概念38pptpptppt课件课件课件冲击试验（冲击试验机）冲击试验（冲击试验机）冲击试验机冲击试验机39pptpptppt课件课件课件冲击韧度（冲击吸收功）冲击韧度（冲击吸收功）概念：材料抵抗冲击破坏的能力概念：材料抵抗冲击破坏的能力公式：公式：决定冲击韧度值的因素决定冲击韧度值的因素内部因素：材料本身特性，如，成内部因素：材料本身特性，

24、如，成 份、显微组织、冶金质份、显微组织、冶金质 量等量等 外部因素：如，试样尺寸、缺口形外部因素：如，试样尺寸、缺口形 状、试样粗糙度、试验状、试样粗糙度、试验 环境等环境等 Sh)-mg(HSAkk40pptpptppt课件课件课件冲击韧度的应用冲击韧度的应用冲击韧度是反映材料质量和设计选材的重要冲击韧度是反映材料质量和设计选材的重要指标之一指标之一根据试样的缺口形式不同，有根据试样的缺口形式不同，有 k ku u和和 kvkv两种两种冲击韧度值，二者直接不能直接进行比较和冲击韧度值，二者直接不能直接进行比较和换算换算材料的韧性会随环境温度下降而降低，在超材料的韧性会随环境温度下降而降低，

25、在超过某一温度（韧脆转换温度）后，材料冲击过某一温度（韧脆转换温度）后，材料冲击韧度会急剧降低，由韧性材料变为脆性材料。韧度会急剧降低，由韧性材料变为脆性材料。韧脆转换温度越低，材料的低温冲击韧性越韧脆转换温度越低，材料的低温冲击韧性越好。这对于在寒冷地区和低温下工作的零件好。这对于在寒冷地区和低温下工作的零件和机器尤为重要和机器尤为重要41pptpptppt课件课件课件冲击韧度的应用（续）冲击韧度的应用（续）实际应用中，机械零件很少是受到大能量的实际应用中，机械零件很少是受到大能量的一次冲击就破坏的，而是受到小能量的多次一次冲击就破坏的，而是受到小能量的多次冲击后才发生破坏。一般来说，材料抵

26、抗大冲击后才发生破坏。一般来说，材料抵抗大能量一次冲击的能力取决于材料的塑性，而能量一次冲击的能力取决于材料的塑性，而抵抗小能量多次冲击的能力则取决于材料的抵抗小能量多次冲击的能力则取决于材料的强度。因此，冲击韧性对一般零件只具有参强度。因此，冲击韧性对一般零件只具有参考意义。在零件设计时，不能片面追求高的考意义。在零件设计时，不能片面追求高的 k k值，这是因为值，这是因为 k k值过高会降低材料的强度，值过高会降低材料的强度，从而导致零件因强度不够而失效从而导致零件因强度不够而失效对脆性材料，不采用冲击韧度指标对脆性材料，不采用冲击韧度指标42pptpptppt课件课件课件4. 材料的疲劳

27、强度材料的疲劳强度材料的疲劳断裂材料的疲劳断裂例子：用手反复弯曲来折断一段铁丝例子：用手反复弯曲来折断一段铁丝概念：在交变载荷的反复作用下，即概念：在交变载荷的反复作用下，即使其载荷使其载荷(应力应力)远小于抗拉强度远小于抗拉强度b（材料发生破坏的最低应力），甚至（材料发生破坏的最低应力），甚至小于屈服强度小于屈服强度s（材料发生塑性变形（材料发生塑性变形的最低应力），材料也会发生断裂，的最低应力），材料也会发生断裂，这种现象称为疲劳断裂这种现象称为疲劳断裂后果：机械零件的断裂，后果：机械零件的断裂，80%以上都以上都是疲劳断裂，是疲劳断裂，断裂前没有明显征兆，断裂前没有明显征兆，突然断裂，后

28、果十分严重突然断裂，后果十分严重43pptpptppt课件课件课件疲劳试验与疲劳曲线疲劳试验与疲劳曲线疲劳试验机疲劳试验机44pptpptppt课件课件课件疲劳强度疲劳强度当材料承受的交变应力低于某一数值当材料承受的交变应力低于某一数值-1时，虽经无数次循环，材料也不会时，虽经无数次循环，材料也不会发生疲劳断裂，这个应力值发生疲劳断裂，这个应力值-1称为材称为材料的疲劳强度料的疲劳强度由于疲劳试验不可能进行无限次循环，由于疲劳试验不可能进行无限次循环，而且有些材料的疲劳曲线上没有水平而且有些材料的疲劳曲线上没有水平部分。因此，通常规定，碳钢以循环部分。因此，通常规定，碳钢以循环107次、有色金

29、属和某些超高强度钢以次、有色金属和某些超高强度钢以循环循环108次而发生断裂所需的应力作为次而发生断裂所需的应力作为其疲劳强度其疲劳强度非金属材料的疲劳强度一般远低于金非金属材料的疲劳强度一般远低于金属材料属材料45pptpptppt课件课件课件疲劳强度与抗拉强度的关系疲劳强度与抗拉强度的关系一般钢铁材料的值约为其一般钢铁材料的值约为其b的一半的一半疲劳强度的应用疲劳强度的应用影响疲劳强度数值的因素：材料本身、影响疲劳强度数值的因素：材料本身、残余应力、表面质量、应力循环特性残余应力、表面质量、应力循环特性等等提高疲劳强度的措施：表面强化处理提高疲劳强度的措施：表面强化处理（滚压、喷丸、表面淬

30、火、渗碳、渗（滚压、喷丸、表面淬火、渗碳、渗氮等）、减少零件表面粗糙度等氮等）、减少零件表面粗糙度等46pptpptppt课件课件课件材料的其它性能简介材料的其它性能简介物理性能包括：密度与熔点、电学性能、热学包括：密度与熔点、电学性能、热学 性能、磁学性能、光学性能等性能、磁学性能、光学性能等 化学性能包括：耐腐蚀性能、抗氧化性能、化包括：耐腐蚀性能、抗氧化性能、化 学稳定性等学稳定性等工艺性能包括：铸造性能、焊接性能、压力加包括：铸造性能、焊接性能、压力加 工性能、切削加工性能、热处理工性能、切削加工性能、热处理 性能等性能等47pptpptppt课件课件课件第二章：工程材料基础知识概论：

31、组织结构及与性能的关系概论：组织结构及与性能的关系结构结构 通常指材料通常指材料的构造形式，的构造形式，即如何由原子、即如何由原子、分子、通过一分子、通过一定的结合形式定的结合形式构成材料的方构成材料的方式式元素（原子）元素（原子）分子分子相相组织组织材料材料材料构成的层次材料构成的层次48pptpptppt课件课件课件组织组织 通过显微镜观察到的固态材料内部的微通过显微镜观察到的固态材料内部的微观形貌，又称为显微组织观形貌，又称为显微组织金相显微镜金相显微镜示例：两种不同组织的显微照片示例：两种不同组织的显微照片元素（原子）元素（原子）分子分子相相组织组织材料材料材料构成的层次材料构成的层次

32、49pptpptppt课件课件课件组织结构与性能的关系组织结构与性能的关系 组织结构决定了材料的性能，可以通过组织结构决定了材料的性能，可以通过改变材料的组织结构来改变材料性能改变材料的组织结构来改变材料性能50pptpptppt课件课件课件第一节：金属的晶体结构第一节：金属的晶体结构晶体与非晶体的基本概念晶体与非晶体的基本概念晶体、非晶体晶体、非晶体晶体：原子规则排列的材料晶体：原子规则排列的材料非晶体：原子无规则堆积的材料非晶体：原子无规则堆积的材料51pptpptppt课件课件课件晶体的特点（与非晶体的区别）晶体的特点（与非晶体的区别）原子或分子在三维空间按照一定规则作原子或分子在三维空

33、间按照一定规则作周期性的重复排列周期性的重复排列某些晶体，如食盐、天然金刚石等，具某些晶体，如食盐、天然金刚石等，具有规则的外形；有规则的外形；具有固定的熔点（凝固点），溶解（凝具有固定的熔点（凝固点），溶解（凝固）过程中温度始终保持不变；固）过程中温度始终保持不变；具有各向异性的特征。具有各向异性的特征。 金属通常（在自然冷却时）都是晶体，金属通常（在自然冷却时）都是晶体，但采用特殊的冷却方法（急冷）可获得但采用特殊的冷却方法（急冷）可获得非晶体金属；非晶体金属；52pptpptppt课件课件课件晶体有关的一些基本概念晶体有关的一些基本概念晶格：用一些假想的空间直线把原子连晶格：用一些假想的

34、空间直线把原子连结起来，构成一个三维的空间几何格架，结起来，构成一个三维的空间几何格架，称为晶格；称为晶格；晶胞：（定义见教材晶胞：（定义见教材 ）晶格常数：（定义见教材晶格常数：（定义见教材 ）53pptpptppt课件课件课件晶面、晶向晶面、晶向 （了解一般概念，定义见教材，（了解一般概念，定义见教材，“晶晶面指数面指数”与与“晶向指数晶向指数”不要求）不要求）54pptpptppt课件课件课件上堂重点1. 基本力学性能指标基本力学性能指标(续续)： 硬度、布氏硬度、洛氏硬度、冲击韧度、硬度、布氏硬度、洛氏硬度、冲击韧度、疲劳强度等，它们的含义、符号、测量方疲劳强度等，它们的含义、符号、测

35、量方法、计算公式、单位、在材料使用上的应法、计算公式、单位、在材料使用上的应用，等等；用，等等；2. 材料的其它性能材料的其它性能;3. 材料的结构与组织的概念，组织结构与性材料的结构与组织的概念，组织结构与性能的关系能的关系;4. 晶体与非晶体、晶体材料的特点；晶体与非晶体、晶体材料的特点；5. 有关晶体的基本概念：晶格、晶胞、晶格有关晶体的基本概念：晶格、晶胞、晶格常数、晶面、晶向等。常数、晶面、晶向等。55ppt课件复习与思考1.用标准试样测得的材料的力学性能能否直用标准试样测得的材料的力学性能能否直接代表材料制成零件的力学性能？为什么？接代表材料制成零件的力学性能？为什么？2.(1)何

36、谓硬度？何谓硬度？(2)布氏硬度与洛氏硬度的主布氏硬度与洛氏硬度的主要区别是什么？要区别是什么？(3)为什么工程上广泛使用为什么工程上广泛使用硬度作为评定材料性能的一个指标？硬度作为评定材料性能的一个指标？56ppt课件晶胞原子数、配位数、致密度（见后面晶胞原子数、配位数、致密度（见后面的具体例子，定义见教材的具体例子，定义见教材 ）57pptpptppt课件课件课件金属材料典型的晶体结构金属材料典型的晶体结构 在金属元素中，在金属元素中，90%以上的金属都属以上的金属都属于下面于下面3种晶体结构种晶体结构体心立方晶格体心立方晶格晶胞原子数晶胞原子数2配位数配位数8致密度致密度68%常见金属常

37、见金属Fe, Cr, W 等等58pptpptppt课件课件课件面心立方晶格面心立方晶格晶胞原子数晶胞原子数4配位数配位数12致密度致密度74%常见金属常见金属Fe, Cu, Al 等等密排六方晶格密排六方晶格晶胞原子数晶胞原子数6配位数配位数12致密度致密度74%常见金属常见金属Mg, Zn, Be 等等59pptpptppt课件课件课件实际金属的晶体结构实际金属的晶体结构晶体缺陷晶体缺陷概念概念：晶体中存在的、偏离其固有几何：晶体中存在的、偏离其固有几何特征的部分，称为晶体缺陷特征的部分，称为晶体缺陷分类分类：分为点缺陷、线缺陷与面缺陷：分为点缺陷、线缺陷与面缺陷影响影响：缺陷的存在会影响

38、材料的性能：缺陷的存在会影响材料的性能可变性可变性：晶体缺陷在温度变化和加工过：晶体缺陷在温度变化和加工过程中，会发生增加、移动、合并或消失程中，会发生增加、移动、合并或消失等各种变化等各种变化60pptpptppt课件课件课件点缺陷点缺陷 概念概念：在空间三维的尺度都：在空间三维的尺度都很小，尺寸范围不超过几个很小，尺寸范围不超过几个原子直径的缺陷原子直径的缺陷分类分类：空位与间隙原子：空位与间隙原子晶格畸变晶格畸变：由于缺陷（不单：由于缺陷（不单是点缺陷，也包括其它类型是点缺陷，也包括其它类型的缺陷）的存在而导致的晶的缺陷）的存在而导致的晶格变形格变形影响影响：提高了材料的强度与硬度，提高

39、了材料的强度与硬度，降低了材料的塑性和韧性降低了材料的塑性和韧性61pptpptppt课件课件课件线缺陷线缺陷 概念概念：在空间三维中，某一维的尺度很：在空间三维中，某一维的尺度很长，而另外二维的尺度很小的一类缺陷长，而另外二维的尺度很小的一类缺陷分类分类：刃型位错与：刃型位错与螺型位错螺型位错影响影响：少量的位错使强度少量的位错使强度下降，大量的位错下降，大量的位错使强度提高，但塑使强度提高，但塑性都会下降性都会下降62pptpptppt课件课件课件面缺陷面缺陷单晶体单晶体：材料中原子呈完全规则排列的：材料中原子呈完全规则排列的部分（如天然金刚石、水晶等）部分（如天然金刚石、水晶等）多晶体多

40、晶体：实际晶体材料：实际晶体材料(如金属如金属)由许多由许多局部排列规则的单晶体组成，称为多晶局部排列规则的单晶体组成，称为多晶体体晶粒晶粒：多晶体中：多晶体中不同方位、形状不同方位、形状不规则的小的单不规则的小的单晶体晶体63pptpptppt课件课件课件晶界晶界：晶粒之间的交界面。在晶界上，：晶粒之间的交界面。在晶界上，原子排列是紊乱的原子排列是紊乱的亚晶粒亚晶粒：晶粒内部位向相差很小：晶粒内部位向相差很小(10以内以内)的部分的部分亚晶界亚晶界：亚晶粒之间的交界面：亚晶粒之间的交界面64pptpptppt课件课件课件面缺陷面缺陷的概念：某二维的尺度很大而另的概念：某二维的尺度很大而另一维

41、尺度很小的一类缺陷一维尺度很小的一类缺陷面缺陷面缺陷包括包括：晶界与亚晶界：晶界与亚晶界面缺陷的面缺陷的影响影响：能提高金属材料的强度：能提高金属材料的强度和塑性和塑性65pptpptppt课件课件课件第二节：合金的相结构第二节：合金的相结构基本概念基本概念合金合金：（见教材：（见教材 ）组元组元：（见教材：（见教材 ）合金系合金系：相同组元按不同比例所构成一：相同组元按不同比例所构成一系列不同的合金。如系列不同的合金。如Fe与与C按不同比例构按不同比例构成了各种钢、铁材料成了各种钢、铁材料相相（合金相合金相）：（见）：（见 教材）教材）66pptpptppt课件课件课件合金的相结构合金的相结

42、构基本的合金相及其分类67pptpptppt课件课件课件固溶体固溶体 合金中的基本相合金中的基本相基本概念基本概念固溶体：（见教材）固溶体：（见教材）溶质、溶剂：溶质、溶剂：（见教材）（见教材）间隙固溶体：（见教材）间隙固溶体：（见教材）置换固溶体：（见教材）置换固溶体：（见教材）68pptpptppt课件课件课件溶解度：溶质溶入溶剂的量溶解度：溶质溶入溶剂的量有限固溶体：溶解度有限的固溶体有限固溶体：溶解度有限的固溶体无限固溶体：溶解度无限的固溶体无限固溶体：溶解度无限的固溶体固溶强化：（见教材）固溶强化：（见教材）69pptpptppt课件课件课件固溶体的性质固溶体的性质溶质原子与溶剂原子

43、直径比小于溶质原子与溶剂原子直径比小于0.59时才能形成间隙固溶体，溶质通常都时才能形成间隙固溶体，溶质通常都是一些原子半径小于是一些原子半径小于0.1nm的非金属的非金属元素，如元素，如H、C、O、N等等间隙固溶体永远都是有限固溶体间隙固溶体永远都是有限固溶体溶质元素与溶剂元素在元素周期表中溶质元素与溶剂元素在元素周期表中的位置靠近、晶格类型相同、原子半的位置靠近、晶格类型相同、原子半径差越小的元素，溶解度越大，越容径差越小的元素，溶解度越大，越容易形成无限互溶的置换固溶体，如易形成无限互溶的置换固溶体，如Mn、Cr、Si、Ni、Mo等都能与等都能与Fe形成置换形成置换固溶体固溶体70ppt

44、pptppt课件课件课件晶格畸变导致的固溶强化，是金属材晶格畸变导致的固溶强化，是金属材料强化的重要途径之一料强化的重要途径之一对力学性能要求较高的结构材料，几对力学性能要求较高的结构材料，几乎都是以固溶体作为最基本的组成相乎都是以固溶体作为最基本的组成相71pptpptppt课件课件课件金属化合物金属化合物 合金中的强化相合金中的强化相原子结合形式：化合原子结合形式：化合具有一定的金属性质，如导电性具有一定的金属性质，如导电性熔点高、硬而脆、塑性韧性差熔点高、硬而脆、塑性韧性差最常见的金属化合物：最常见的金属化合物：Fe3C72pptpptppt课件课件课件合金的组成合金的组成单相或多相复合

45、单相或多相复合大多数工业合金均为固溶体加少量化合物大多数工业合金均为固溶体加少量化合物构成的混合物构成的混合物改变组成相的比例，改变其中固溶体中溶改变组成相的比例，改变其中固溶体中溶质溶剂的比例，改变化合物的形态、大小质溶剂的比例，改变化合物的形态、大小及分布等，都可以改变合金的性能及分布等，都可以改变合金的性能73pptpptppt课件课件课件第三节：纯金属结晶与同素异晶转变第三节：纯金属结晶与同素异晶转变纯金属的结晶纯金属的结晶基本概念基本概念结晶的概念：结晶的概念：（见教材（见教材 ）纯金属的冷却纯金属的冷却曲线曲线过冷度：过冷度：T = T0-Tn74pptpptppt课件课件课件结晶

46、过程结晶过程晶核的生成晶核的生成 自发形核与非自发形核：（见教材自发形核与非自发形核：（见教材 ）晶核形成与长大过程晶核形成与长大过程75pptpptppt课件课件课件晶核的长大晶核的长大晶核的长大过程晶核的长大过程晶核形成与长大过程晶核形成与长大过程76pptpptppt课件课件课件金属晶体形成的主要方式：金属晶体形成的主要方式： 1、平面生长方式、平面生长方式 平衡条件平衡条件下或过冷度较小时出现，在实际金属下或过冷度较小时出现，在实际金属的结晶中较少见的结晶中较少见 2、树枝状生长方式、树枝状生长方式 过冷度较过冷度较大、尤其是存在非自发形核时出现，大、尤其是存在非自发形核时出现，是金属

47、晶体结晶最常见的方式。形成是金属晶体结晶最常见的方式。形成树枝状晶体，简称枝晶树枝状晶体，简称枝晶平面生长方式平面生长方式树枝状生长方式树枝状生长方式77pptpptppt课件课件课件上堂重点1.三种金属晶体的晶格结构及参数；三种金属晶体的晶格结构及参数；2.晶体缺陷的概念、点缺陷、线缺陷、面缺陷的概晶体缺陷的概念、点缺陷、线缺陷、面缺陷的概念及对材料性能的影响；念及对材料性能的影响；3.合金基本概念：合金、组元、合金系、相及分类；合金基本概念：合金、组元、合金系、相及分类；4.固溶体及相关概念：溶质、溶剂、间隙固溶体、固溶体及相关概念：溶质、溶剂、间隙固溶体、置换固溶体；有限与无限固溶体、溶

48、解度、晶格置换固溶体；有限与无限固溶体、溶解度、晶格畸变与固溶强化；畸变与固溶强化；5.金属化和物的特点及在合金中的作用、合金的组金属化和物的特点及在合金中的作用、合金的组成及影响性能的因素；成及影响性能的因素；6.纯金属结晶：结晶概念、冷却曲线、过冷度、结纯金属结晶：结晶概念、冷却曲线、过冷度、结晶过程、自发形核与非自发形核、晶粒长大的方晶过程、自发形核与非自发形核、晶粒长大的方式。式。78ppt课件上次作业评讲1. (1)“塑性好塑性好”指的是什么？指的是什么？(2)在应力应变曲在应力应变曲线上如何衡量两种材料谁的塑性好？线上如何衡量两种材料谁的塑性好？ 提示提示： (1)塑性的好坏是用材

49、料的塑性指标塑性的好坏是用材料的塑性指标“伸伸长率长率”和和“断面收缩率断面收缩率 ”来衡量的，其来衡量的，其数值越大塑性越好，塑性好的材料可以有更数值越大塑性越好，塑性好的材料可以有更大的变形能力，更适宜压力加工；大的变形能力，更适宜压力加工；(2)曲线右曲线右端点端点(拉断点拉断点)E的横坐标越大塑性越好。的横坐标越大塑性越好。79ppt课件u 若拉伸应力若拉伸应力由由e逐渐加大到逐渐加大到s，此时材料，此时材料发生什么变化？发生什么变化？提示提示： 拉伸应力拉伸应力超过超过e后材料出现少量不可恢后材料出现少量不可恢复的塑性变形，当复的塑性变形，当加大到加大到s后出现屈服现后出现屈服现象，

50、即使不增大应力也会继续产生新的塑性象，即使不增大应力也会继续产生新的塑性变形。变形。80ppt课件u 应力应变曲线中，当拉伸应力应力应变曲线中，当拉伸应力达到达到b后，后，出现曲线走向向下（即应力出现曲线走向向下（即应力减小而变形仍减小而变形仍继续增加）的现象继续增加）的现象，请解释原因？请解释原因？提示：拉伸曲线上纵坐标所代表的拉伸应力提示：拉伸曲线上纵坐标所代表的拉伸应力为为名义应力，它由名义应力，它由=F/S 计算得来，这里的计算得来，这里的S是试样的原始截面积。由于拉伸实验中，当是试样的原始截面积。由于拉伸实验中，当应力超过应力超过b后试样出现后试样出现“缩颈缩颈”现象，实际现象，实际